1.如何確定鋼的淬火與回火工藝參數？

淬火是強化材料最有效的熱處理工藝方法，其工藝參數的選擇直接影響著材料的性能。這就要求熱處理工作者必須掌握鋼的淬回火工藝參數的確定及量化依據。下面根據資料和有關研究者大量研究工作介紹如何確定鋼的淬火與回火工藝參數。

（1）淬火加熱溫度

按常規工藝，亞共析鋼的淬火加熱溫度為Ac3+（30～50）℃共析和過共析鋼的淬火加熱溫度為Ac1+（30～50）℃；合金鋼的淬火加熱溫度常選用Ac1（或Ac3）+（50～100）℃；高合金鋼含有大量高熔點碳化物，要增大奧氏體化程度，淬火加熱溫度更高，有些已達到接近熔點的程度。為了達到鋼所要求的不同性能，淬火加熱溫度正在向高或低兩個方面發展。亞溫淬火就是將淬火溫度降至Ac3點以下5～10℃的α+β兩相區，在保留大約10％～15％未溶鐵素體狀態時進行淬火，在保證強度及較高硬度的同時，塑性、韌性得到改善，淬火變形或開裂明顯減少，回火脆性也有所減弱，現已作為一種新的成熟工藝已獲得國內外熱處理工作者的共識。此外，還有人發現，以40Cr鋼為代表的亞共析鋼在Ac3點處有硬化峰出現，此溫度淬火不僅可獲得最高的硬度，且各項力學性能也為最佳值，掌握得當能充分發揮鋼的潛力。與其相反，提高某些鋼的淬火溫度也可獲得預想不到的結果。如熱模具鋼5CrMnMo、5CrNiMo鋼的淬火溫度由傳統的860℃提高至920℃（高出30～80℃），加速了碳化物的溶解，增加了馬氏體中的合金含量，組織均勻，可以獲得大量的高位錯馬氏體，斷裂韌度大大提高，紅硬性更為優異，其使用壽命成倍提高。又如，H13鋼淬火溫度由1050℃提高至1100℃時，奧氏體晶粒并不明顯長大，由于碳化物溶解加速，奧氏體中含碳及合金元素增多，其結果使бb、б0.2（室溫和500℃）及熱疲勞性能提高，有利于延長H13鋼的模具使用壽命。

隨著對亞共析鋼所要求的性能而異，其淬火溫度的選擇有很大的靈活性。但是不論提高或是降低溫度，均是以鋼的臨界點Ac3為主要依據。因此，正確掌握鋼的Ac3點極其重要。

（2）加熱時間

為了降低生產成本，提高生產效率，縮短加熱時間是有效而簡便的方法。經大量測試對比發現，確定加熱時間的傳統方法存在一些問題。有人經過試驗后提出，表1-3所示加熱時間更適合于實際，比傳統加熱時間明顯減少。

對于大截面工件的加熱時間，有人認為截面大的工件達到淬火效果也僅是一定深度，在加熱時完全熱透，不僅延長時間、浪費能源，而且冷卻過程要散失的熱量相對增多，其冷卻強度下降，使實際淬火效果變差。經過測試發現，奧氏體相變一般不超過幾分鐘，所以加熱時間以保證工件截面內外溫度一致為準，有人以此為依據提出零保溫的新概念，現已逐步被人們所接受。

（3）冷卻

為了使鋼淬火冷卻更適宜，選擇介質及冷卻強度應依據鋼的臨界冷卻速度。根據相關資料，熱處理工作者導出了不同類型的計算式或模型，具有代表性的如式（1-1），式（1-2）：

①獲得馬氏體的臨界冷卻速度

lgv1=9.81-（4.26wC+1.05wMn+0.54wNi+0.5wCr+0.66wMo+0.00183PA）　　（1-1）

②獲得貝氏體的臨界冷卻速度

lgv2=10.17-（3.08wC+1.07wMn+0.70wNi+0.57wCr+1.58wMo+0.0032PA）（℃/h）　　（1-2）

式中　PA——奧氏體化參數。

由于工件“淬火質量效應”的影響，不同截面的工件的實際冷卻速度有很大變化，為此有人提出水、油淬時的截面與冷卻強度的定量關系，如下式，式（1-3），式（1-4）。

式中　H1、H0——不同攪拌態和靜止狀態下的冷卻強度。

模具淬火冷卻要求留有一定的余熱，有人總結出決定淬火冷卻時間的經驗式：

式中　A——油的狀態系數；

V、F——模具的體積和表面積（dm3，dm2）；

D——模具的高度或厚度（mm）。

噴冷淬火解決了大截面工件淬火冷卻不足的難題，通過調節噴液壓力、流量和時間來控制冷卻強度，實現計算機控制，滿足大批量淬火的需要。另外，噴冷淬火遠可控制工件冷卻至一定程度，使其保留一定余溫，利用余熱進行自回火。節能、省時、高效，很有發展潛力。

（4）淬火效果評定

鋼的淬透性以往只能定性地從端淬圖表上查得，使用不便。近年來，評定鋼的淬透性逐步量化，即由相應的公式計算，直觀方便且有一定的可靠性。典型的應用公式如式（1-5）～式（1-7）：

式中　E——至淬火端距離（mm）；

KASTM——晶粒度等級。

實踐證明，有些鋼種僅采用硬度評定尚感不足，必須配合組織觀察和性能測試。如ZG30CrMn2SiReB鋼，達到最高的淬火硬度的工藝參數并非性能最佳，而采用比獲得最高硬度更高的淬火溫度，硬度雖然略有下降，但是耐磨性和強韌性為最佳。

（5）回火

通常鋼的回火工藝參數是依據鋼所要求的硬度和力學性能從有關手冊選擇的，使用不僅麻煩，而且對于一些新鋼種也無從下手。為解決這類問題，很多熱處理工作者作了大量工作，以回火動力學為依據總結推導出各種類型的回火專用式和通用式，為現場生產使用和工藝編制計算機化提供了條件。為了提高生產效率，開發出了快速回火工藝方法。

快速回火原理是基于回火參數P與鋼的性能和硬度的約束關系。即回火工藝參數相等時，所獲得的硬度或力學性能基本相同。

回火參數P=（θ+273）（wC+lgt）是溫度θ和時間t的函數，要獲得同樣的回火效果，可以由不同的θ和t進行組合。

以往多次重復回火的實際效果并未引起人們的重視，研究的也較少，但有關文獻總結提出了衡量多次回火的累積作用。如鋼在各溫度條件下的回火參數分別為P1、P2……，其累積總回火參數P總可表示為：

P總=lg（10P1+10P2……）

使多次不同溫度回火的效果獲得量化的評定，可以說是對回火過程認識的深化和提高。